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致动器,其实

发布01/27/2011

作者:Kristin Lewotsky

如果使用得当,与电机甚至驱动电子集成的执行器可以简化运动系统的设计和组装。

图1 -剖面图显示行星滚子驱动器(中间)与电机集成(右边)。(由Exlar)运动控制是终极实现技术。对于终端用户来说,这不是关于运动本身,而是关于使用运动来完成一些其他的任务。因此,在过去十年中,运动控制领域最主要的趋势是整合,这一点也不奇怪:马达和驱动,驱动器和编码器,驱动器和控制器现在,公司正在进一步迈出趋势,创建集成的电动机执行器组合,提供不同程度的简单性和多功能性。

集成的程度取决于应用程序和环境。最基本的层次是集成电机/执行器产品,它消除了耦合过程中的猜测(见图1)。与之相反的是集成电机、执行器和电子的整体集成包(见图2)。如果处理得当,集成执行器可以带来巨大的好处。如果处理不当,它们在最好的情况下会产生挫败感,在最坏的情况下会产生不必要的成本。

对于初学者来说,无论集成的级别是什么,最终用户都需要正确地进行集成指定他们的执行器(见边栏)。首先是应用程序的特性。Exlar公司的销售和市场副总裁John Walker说:“移动设备应用和典型的工厂应用有很大的不同。”您在功率、效率和尺寸方面有什么限制?也许更重要的是,有什么特殊的环境条件吗?温度、冲击、振动、潮湿或接触腐蚀性化学物质等因素会在材料、设计、密封甚至润滑剂的选择上产生很大的差异。

指定一个致动器

在您拨打您的供应商之前,应清除您的规格。它们包括:
  • 速度
  • 行程长度
  • 力矩载荷和任何其他力的细节,包括它们在运动循环中发生的位置。
  • 运动方向-垂直或水平运动
  • 大小
  • 越来越多的需求
  • 耦合类型
  • 任何特殊环境条件,如腐蚀性化学品、过热、冲击、振动、潮湿、高负载周期等。
  • 寿命

K.L.

了解一生是至关重要的。沃克说:“很多客户来的时候都要求力量和速度,但他们没有预先确定的寿命要求。”“这是一个重要的考虑因素,因为你可以有多个不同的驱动器,可以产生一定的力和速度,但这些驱动器的持续时间将有很大的范围。没有生活要求,很难做出正确的选择。”例如,丝杠执行机构提供经济的动力传递,但可能受到摩擦的限制。滚珠丝杠执行机构使用滚珠轴承以降低摩擦,但它们引入了更多的故障点,以及噪音。行星滚柱螺钉提供坚固,长寿命的性能,但成本较高。皮带传动提供低成本,高速运行,但性能随皮带的寿命而变化,它们不适合垂直负载。没有一个完美的答案,只有适合您特定应用程序的正确答案。

通过集成电机执行器或电机驱动执行器产品,尺寸将面临新的挑战。在用机电技术更换气动和液压系统时,会出现一个常见的缺陷。乍一看,过程似乎很简单:从当前设备的参数开始,计算压力乘以面积得出力,然后找到机电致动器提供力。容易,对吧?不完全是。“这真的是一个严重的错误,因为你将最终导致电机、驱动器和执行器尺寸过大,”亚伦·迪特里希(Aaron Dietrich)说Tolomatic Inc .)(哈默,明尼苏达州)。“在伺服领域,人们决定他们需要什么,然后添加20%或30%作为安全系数。对于许多流体动力设备,它们的尺寸是原来的两倍或三倍,因为增大尺寸并不会花费很多,但对于电动执行器,增大尺寸实际上会花费很多。”

图2 -集成电机执行器可以包括驱动电子元件,简化了集成。(由Exlar)至于从一种运动控制产品转换到另一种产品,并不像把两个目录并排放在一起来转换产品编号那么容易。迪特里希说:“如果你只是进行交叉参照,你就会发现很多问题。”“你希望能够适当地调整应用程序的大小,并让你的产品能够持久使用。”虽然一定程度的超量是合适的,但超过一定程度就会适得其反。“如果执行器尺寸过大,轴承就会变大,可能是图3:集成电机执行器将电机绕组直接集成到执行器外壳中,并包括一个编码器(右)。(Tolomatic Inc.)较大的肿块移动,可能有点摩擦,更预装。当你超大东西时,无论你喜欢吗,系统都会变得越来越高效,因为你没有从电气角度来到它的甜点区域。“

电机,执行器和电子产品:总包装
集成电机执行器产品的挑战可能是与第三方驱动器的接口。这并不一定是非常困难的,但这是需要完成的另一项任务。因此,用户可能会发现,使用一个从上到下已经包含电子产品的包会更好。该方法可以降低成本,加快集成和装配时间,但要获得充分的效益需要适当的应用。

在集中式架构中,敏感的电子产品,如驱动器和控制器保持在温度控制的外壳中,甚至在控制室中。如果设计要求在所有其他轴上具有集成电机驱动器的分布式架构,也许是最佳选择是与电机/执行器移动到更高级别的集成。“一个起始的设计选择是机器上的其他选择,”沃克说。“如果需要在大型橱柜中有很多东西需要进行大量的事情,请使用船上有驱动器和控制的集成执行器是有意义的。”

挑战在于电子设备和发动机都能自行产生热量。将元件置于高温环境中,可能会影响元件的性能和寿命。Dietrich说:“在一些性能最高的轴上,目前市面上的大多数集成解决方案都因为热问题而不能满足要求。最后,归结到应用程序需要什么。图4:集成杆式驱动器结合了控制电子(绿色,右)电机(红色,右)和滚珠丝杠驱动器(中间)。(Tolomatic Inc.)

对于某些应用,而不是集成电动机致动器和集成电动机 - 电子器件 - 执行器之间的选择,最适合的是一种涉及中间某处的混合溶液。“您可以在可以安装OFF的包装中使用的那些相同的驱动器电子产品,但靠近执行器,”沃克说。“如果您在铸造应用程序中,使用执行器将金属释放到模具中,执行器旁边的环境非常热,但整体环境10英尺远不是,所以我们可以将这些电子产品移开并允许所需的表现。”

集成执行机构的下一个明显的步骤是集成足够智能的预防性维护包,甚至包括控制功能。目前,机械制造商有一系列的选择来满足他们的应用,集成执行器值得考虑。迪特里希表示:“集成驱动器不会占领整个市场。“现在,它更像是一个利基市场。”然而,这是一个重要的利基市场。对于正确的应用,好处是巨大的。